Заданием SOLIS является долговременный мониторинг Солнца как звезды. Задание программы ГАО НАН Украины — долговременный мониторинг спокойной компоненты атмосферы Солнца, вариации которой почти на порядок меньше вариаций Солнца как звезды. На сегодня эти вариации почти не изучены.
Одним из важных источников данных о вариациях Солнца долговременны, в течение 11-летнего цикла солнечной активности, наблюдения изменений параметров фраунгоферовых линий (это линии поглощения, видимые на фоне непрерывного спектра солнца и зрения. — Авт.) в спектре спокойных участков солнечной поверхности.
Мониторинг в течение 2012—2017 годов на телескопе АЦУ-5 показал, что глубина и полуширина спектральных линий в спокойных участках Солнца реагируют на модуляцию общего магнитного поля с 11-летним циклом солнечной активности. Мы объясняем поведение указанных параметров вариациями температуры спокойной фотосферы Солнца в течение 11-летнего цикла: фотосфера Солнца в максимуме солнечной активности становится горячее.
«СОЛНЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ ПРИБЛИЖАЕТСЯ К МИНИМУМУ, ПОХОЖЕМУ НА МИНИМУМ ДАЛЬТОНА»
— В целом, для чего нужен мониторинг Солнца?
— Во-первых, для понимания, как солнечная активность влияет на космическую погоду, а именно — на ионосферу, магнитосферу, радиационные пояса и озоновый слой, а также на биосферу Земли и социальную жизнь на нашей планете. Информация об этом поможет предотвращать негативное влияние проявлений солнечной активности на здоровье человека и деятельность общества.
Во-вторых, результаты, которые предусмотрено получить во время мониторинга вариаций физических параметров спокойной атмосферы Солнца с 11-летним циклом, имеют важное значение для решения глобальных проблем физики Солнца. Среди них — проблема внутреннего строения и эволюции этой зари и ее магнитной активности, проблема энергетического взаимодействия «фотосфера — хромосфера — корона» и нагревание последних. Также это позволяет выучить механизмы возбуждения эруптивных явлений на Солнце, причины циклов солнечной активности и тому подобное.
— Когда вы завершали модернизацию телескопа, в 2012-м, должен был начаться новый 11-летний цикл наблюдений по Солнцу. Сейчас идет вторая половина этого цикла. Как вы его охарактеризуете?
— Уточню: последний, 24-й, цикл солнечной активности начался в 2009 году. Мы начали свою программу мониторинга незадолго до первого максимума этого цикла, в 2012-м. С этого момента наблюдения проводятся с марта по октябрь ежедневно, когда позволяют погодные условия. Общее количество дней наблюдений за период с 2012 до 2017 года превысили 340 дней.
В данное время мы приближаемся к минимуму 24-го цикла. Уровень активности Солнца в этом цикле в четыре раза ниже максимальных значений, зафиксированных за 260 лет непрерывных наблюдений Солнца. Другими словами, солнечная активность приближается к минимуму, похожему на минимум Дальтона, который наблюдался в 1790—1830 годах. Напомню, минимум Дальтона и более известный минимум Маундера, который пришелся на 1645—1715 годы, совпадают по времени с глобальным похолоданием климата в XVII и XIX веках.
О ГАЗОВЫХ ПУЗЫРЬКАХ, В КОТОРЫХ ОБРАЗУЮТСЯ ЗВЕЗДЫ
— Недавно в издании The Astrophysical Journal Letters опубликовали исследование научных работников Чикагского университета, в соответствии с которым Солнечная система могла образоваться в оболочке, своего рода пузырьке, вокруг гигантской мертвой звезды. Как вы относитесь к этой гипотезе? Что еще нужно выяснить относительно происхождения Солнечной системы?
— Существует минимум две теории о том, как могла сформироваться Солнечная система. Ни одна из них не может объяснить все факты, которые наблюдаются.
Согласно общераспространенной теории, наша Солнечная система сформировалась около пяти миллиардов лет назад в результате взрыва сверхновой звезды. Из-за этого взрыва возникла газопылевая туманность, и именно из нее впоследствии образовалось наше Солнце.
Известно, что сверхновые производят одинаковое количество изотопа алюминия-26 и изотопа железа-60. В то же время в метеоритах, которые сохранились со времен молодой Солнечной системы, наблюдается избыток изотопа алюминия-26 и дефицит изотопа железа-60. Ученые Чикагского университета показали, что этот факт можно объяснить, если допустить, что наша система образовалась не в результате взрыва сверхновой, а в результате взрыва звезды класса Вольфа-Райе, которая по размеру в 40—50 раз больше нынешнего Солнца.
Считается, что звезды Вольфа-Райе производят разнообразные химические элементы, которые сдуваются с их поверхности звездным ветром. Компьютерное моделирование показало, что в результате этого процесса вокруг звезды Вольфа-Райе в течение миллионов лет формируются так называемые газовые пузырьки с повышенным содержанием изотопа алюминия-26 и сниженным уровнем изотопа железа-60. Оболочка подобных пузырьков, пыль и газ, которые скапливаются под ними, являют собой идеальную среду для производства новых звезд и образование планетных систем, подобных нашей Солнечной системе. Сами же звезды Вольфа-Райе завершают существование либо взорвавшись как сверхновые, либо коллапсируя непосредственно в черную дыру.
Астрономы считают, что приблизительно от одного до 16 процентов всех солнцеподобных звезд могли появиться именно в результате такого сценария.
— Как исследования Солнца помогают изучать формирование химических элементов после Большого взрыва, эволюцию галактик и звезды в целом?
— Сотрудники отдела физики Солнца ГАО НАН Украины с соавторами из Испании, Нидерландов, Норвегии, США и Австралии провели цикл исследований по определению химического состава Солнца и звезд.
Определение содержимого химических элементов в Солнце, выполненное рядом исследователей в начале 2000-х годов, показало аномально низкую металлоемкость Солнца. Это противоречило данным гелиосейсмологии и теории внутреннего строения Солнца. Для решения этой проблемы мы с коллегами переопределили величины содержимого углерода, азота, кремния и железа в фотосфере Солнца. Последние два элемента используются в качестве стандарта при определении металлоемкости Солнца и метеоритного содержимого. Эти исследования показали, что пересмотра содержания в Солнце железа и кремния можно избежать, если принять во внимание ряд физических эффектов, которые не учитывались в предыдущих исследованиях.
Другим важным достижением является исследование химического состава звезд, которые образовались на разных этапах эволюции Вселенной. Сотрудники нашего отдела получили математические соотношения для большой сетки моделей атмосфер звезд, которые позволяют оценить содержимое лития, кислорода и железа в зависимости от эффективной температуры, ускорения силы притяжения и металлоемкости. Эти результаты имеют важное значение при решении таких фундаментальных вопросов астрофизики, как происхождение Вселенной и его эволюция, нуклеосинтез элементов во время Большого взрыва, эволюция галактик и звезды, внутреннее строение и структура атмосфер звезд и Солнца.
«С 1900 ГОДА УБЫТКИ ОТ КАТАСТРОФ, СВЯЗАННЫХ С СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТЬЮ, ОЦЕНИВАЮТСЯ В ТРИЛЛИОНЫ ДОЛЛАРОВ»
— Как на приличных, так и на не очень солидных сайтах иногда можно читать об аномальной солнечной активности, которая влияет на жизнь землян. Насколько обоснованными являются утверждения о влиянии на людей аномалий на Солнце?
— Никакой аномальной солнечной активности и никаких аномалий на Солнце нет. Просто есть хорошо известный цикл солнечной активности. В среднем его длительность между двумя соседними минимумами — 11 лет, но также она может быть меньше, около семи лет, и больше, до 13 лет.
Солнечная активность через междупланетную среду влияет на Землю, а именно на ионосферу, магнитосферу, радиационные пояса и озоновый слой. К числу ее проявлений принадлежат ультрафиолетовое и рентгеновское излучение Солнца, солнечный ветер, выбросы вещества во время вспышек и корональные выбросы массы.
Ультрафиолетовое и рентгеновское излучения, достигая Земли за восемь минут, ионизируют ее атмосферу и разрушают озоновый слой. Высокоэнергетические заряженные частицы приблизительно через 100 минут ионизируют верхнюю атмосферу и изменяют геомагнитное поле. Выбросы вещества во время солнечных вспышек и корональных выбросов массы через полтора-двое суток приводят к геомагнитным бурям. Умеренные бури происходят с частотой приблизительно одна в неделю, а самые сильные бури случаются намного реже — раз в два-три года.
Экстремально мощные магнитные бури могут приводить к разрушению энергетических систем и повреждению трансформаторов. Например, так было с отключением электроснабжения в канадском Квебеке в 1989 году. Они влияют на космические аппараты, их ориентацию, связь с ними и их системы слежки. Во время бурь есть вероятность получения опасных для здоровья космонавтов и авиапассажиров трансконтинентальных рейсов радиационных доз.
Мишенями магнитной бури становятся легкие, кровеносная, сердечно-сосудистая и вегетативная нервная система человека. Большая часть инфарктов и инсультов случается именно во время магнитных бурь. Основными группами риска являются больные с патологиями сердечно-сосудистой системы, особенно те, кто перенес инфаркт миокарда, здоровые люди с функциональным перенапряжением — космонавты, пилоты трансконтинентальных рейсов, операторы и диспетчеры энергетических станций, аэропортов, а также дети в период развития с несформированной адаптационной системой.
По причине солнечной активности происходят сбои компьютерных систем, мобильной и спутниковой связи, искажение радиоволн и нарушение радиосвязи, а также осложнения в роботе аэропортов. Наблюдается корреляция солнечной активности с рядом природных и социальных явлений: с изменением уровня грунтовых вод, повторяемостью засух и ураганов, многочисленными землетрясениями, эпидемиями, ростом преступности и тому подобное.
Начиная с 1900 года, убытки от разного рода катастроф, связанных с солнечной активностью, оцениваются в триллионы долларов. Миллионы людей становятся жертвами природных катаклизмов. Чтобы заблаговременно предусмотреть влияние солнечной активности на биосферу и социально-экономическую систему Земли, необходимо проводить моделирование космической погоды, которое невозможно без мониторинга глобальных изменений Солнца в длительные отрезки времени.
— Можно ли спрогнозировать солнечную активность предварительно?
— На сегодня наиболее надежные вероятностные двухсуточный и одночасовой прогнозы. Их вероятность, соответственно, около 30—50% и около 95%. Двухсуточный прогноз основывается на текущие наблюдения Солнца вблизи центрального меридиана. Одночасовой прогноз использует прямые измерения параметров плазмы и магнитного поля на космических аппаратах.
«СРЕДИ РЯДОВЫХ УКРАИНЦЕВ ИНТЕРЕС К НАУКЕ РАСТЕТ. ВЛАСТЬ НАУКОЙ НЕ ИНТЕРЕСУЕТСЯ»
— Наталья Геннадиевна, недавно вы проводили публичную лекцию, рассказывали об эволюции Солнца и его исследованиях.
— Мой ответ на ваш вопрос зависит от того, о каких категориях украинцев идет речь. Если говорить о рядовых украинцах и особенно молодежи — да, интерес к науке растет. Если говорить о руководителях государства и всех, кто имеет отношение к украинской власти, то мой ответ — нет.
В выступлениях руководства государства вы не услышите само слово «наука». Наверно, потому, что эту категорию украинцев наука вообще не интересует. Более того, создается впечатление, что руководство государства просто не понимает решающую роль науки для успешного развития и процветания Украины. Отсюда — нищенское финансирование научных институтов, отсутствие денег на научное оборудование и отопление, неполная рабочая неделя, и, как следствие, массовый отток «научных мозгов» в зарубежные институты, туда, где наука — приоритет в обществе.
— Достаточно популярными у нас являются книги Стивена Гокинга, пару лет назад переведенные на украинский язык. В первую очередь, они касаются эволюции Вселенной, возникновения черных дыр. Можете посоветовать научно-популярные книги о Солнце?
— Отмечу, что кроме книг Стивена Гокинга, стоит вспомнить книги Карла Сагана и Иосифа Самуиловича Шкловского. Их книги «Космос» и «Вселенная, жизнь, разум», опубликованные в 1980 году, не утратили актуальности и сегодня. Из них мы можем узнать об эволюции Вселенной, формировании галактик, зарождении жизни и ума, о возможности существования жизни в других планетных системах.
Относительно популярных книг о Солнце, то в последние годы публикуется очень много интересных и прекрасно иллюстрированных книг по астрономии для детей. Информацию о них можно получить, например, на сайте «Мамина сказка», в разделе «Космос». Думаю, эти книги интересны и для взрослых.
К сожалению, действительно популярных книг о Солнце, опубликованных в последние годы для взрослой аудитории, нет. Я могу порекомендовать в первую очередь книгу известного украинского астронома Ивана Антоновича Климишина «Астрономия наших дней», выпущенную в 1986 году. В ней рассказывается об основных представлениях, понятиях и законах, на которых базируются наблюдательная и теоретическая астрономия, астрофизика, радиоастрономия. Автор описывает практически все известные небесные объекты — Солнце, Луну, планеты, звезды, галактики, пульсары, черные дыры и квазары.
— Определенным образом Солнце на виду у всех землян, вы сами детально его исследуете много лет. Что остается наибольшей загадкой относительно Солнца?
— Нет загадок, есть научные проблемы и задачи, которые решаются или которые еще надлежит решить. Я вспомню несколько из них.
Вспышки. Мы знаем много деталей об этом взрывном процессе выделения энергии в атмосфере Солнца, мы понимаем основные механизмы вспышек, но много деталей отсутствует. Например, мы не можем предусмотреть с высокой вероятностью, когда и где будет вспышка, или насколько она будет мощной.
В стадии дискуссии находится вопрос о причинах высокой температуры короны, это миллионы градусов. Что греет ее? Могут ли волны нагреть верхние слои атмосферы Солнца? Если да, какой тип волн является наиболее эффективным для этого?
Мы еще не умеем прогнозировать солнечную активность заблаговременно, не за несколько часов и дней, а за несколько лет.+
И еще мы не можем заблаговременно предусмотреть влияние солнечной активности на биосферу и социально-экономическую систему Земли.
Дзебак Владимир
РОЗДУМИ ПРО НАДВАЖЛИВЕ або ЧОМУ НАШІ ОЛІГАРХИ СТАЛИ МОГИЛЬЩИКАМИ НИНІШНЬОЇ УКРАЇНИ
